RU2215704C2

RU2215704C2 - Method for preparing portland cement clinker

Info

Publication number: RU2215704C2
Application number: RU2001112475/03A
Authority: RU
Inventors: Вениамин Леонидович Бернштейн (UA); Вениамин Леонидович Бернштейн; Александр Викторович Лизенко (UA); Александр Викторович Лизенко; Андрей Николаевич Баранов (UA); Андрей Николаевич Баранов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью научно-консалтинговая группа "Экология"
Priority date: 2001-05-11
Filing date: 2001-05-11
Publication date: 2003-11-10

Abstract

FIELD: industry of building materials. SUBSTANCE: invention relates to method for preparing clinker in rotating furnaces. Method for preparing Portland cement involves feeding the first flow of raw mixture from the cold end of rotating furnace with saturation coefficient 0.92-2.10 and the second flow of raw mixture from the hot end with melting point 1100-1250 C according that the second flow is added to zone of rotating furnace with temperature 1250-1450 C. The second flow of raw mixture is added in the amount 3-15% of mass of decarbonized material of the first flow. Invention provides reducing temperature in termination reaction of clinker formation by 50-70 C and heat consumption for clinker roasting by 10-15%. EFFECT: improved preparing method. 2 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, преимущественно к способам производства портландцементного клинкера. The invention relates to the construction materials industry, mainly to methods for the production of Portland cement clinker.

Обжиг портландцементного клинкера во вращающихся печах осуществляется при температурах, обеспечивающих полное завершение реакций клинкерообразования и, прежде всего, основного клинкерного минерала - трехкальциевого силиката 3CaO•SiO₂. Реакция образования трехкальциевого силиката протекает через жидкую фазу, появление которой при обжиге сырьевой смеси традиционного химико-минерального состава фиксируется при температурах 1280 - 1338^oС (см., например, Ю. М. Бутт, В.В. Тимашев, М.М. Сычев. Технология вяжущих веществ. М.: Стройиздат, 1978).The firing of Portland cement clinker in rotary kilns is carried out at temperatures ensuring the complete completion of clinker formation reactions and, first of all, the main clinker mineral - 3CaO • SiO ₂ tricalcium silicate. The reaction of the formation of tricalcium silicate proceeds through the liquid phase, the appearance of which during firing of the raw mixture of a traditional chemical and mineral composition is fixed at temperatures of 1280 - 1338 ^o С (see, for example, Yu. M. Butt, V.V. Timashev, M.M. Sychev, Technology of Astringents, Moscow: Stroyizdat, 1978).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу, принятому нами за прототип, является способ получения портландцементного клинкера, характеризующийся подачей с холодного конца вращающейся печи сырьевой смеси с коэффициентом насыщения 0,92 - 2,10, а в горячую зону температур 550 - 1200^oС - с коэффициентом насыщения 0,05 - 0,50 и температурой плавления 1100 - 1250^oС (патент РФ 2114078, С 04 В 7/38, 1998).The closest in technical essence to the claimed method, which we adopted for the prototype, is a method for producing Portland cement clinker, characterized by the supply of a raw mixture from the cold end of a rotary kiln with a saturation coefficient of 0.92 - 2.10, and in the hot temperature zone 550 - 1200 ^o C - with a saturation coefficient of 0.05 - 0.50 and a melting point of 1100 - 1250 ^o C (patent of the Russian Federation 2114078, 04 04 7/38, 1998).

Недостатком указанного способа является нестабильное существование расплава, который образуется из легкоплавкого потока сырьевой смеси. Низкий коэффициент насыщения этого потока обеспечивает его полное расплавление при попадании в зону защищенных патентом температур. Появление расплава при относительно низких температурах в среде, насыщенной оксидом кальция, обеспечивает практически мгновенное взаимодействие, что изменяет состав расплава и вызывает, как следствие, его кристаллизацию. Таким образом, преимущества низкотемпературного расплава практически сводятся к минимуму. The disadvantage of this method is the unstable existence of the melt, which is formed from the fusible stream of the raw material mixture. The low saturation coefficient of this stream ensures its full melting when it enters the zone of temperature protected by the patent. The appearance of the melt at relatively low temperatures in a medium saturated with calcium oxide provides almost instantaneous interaction, which changes the composition of the melt and causes, as a result, its crystallization. Thus, the advantages of low temperature melt are practically minimized.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача разработки такого способа получения портландцементного клинкера, в котором путем изменения температурного диапазона ввода второго потока сырьевой смеси были бы созданы условия для стабильного существования низкотемпературного расплава, отличающегося повышенной реакционной способностью по отношению к оксиду кальция. The basis of the invention is the task of developing such a method for producing Portland cement clinker, in which by changing the temperature range of the input of the second stream of the raw material mixture, conditions would be created for the stable existence of a low-temperature melt, characterized by increased reactivity with respect to calcium oxide.

Необходимый технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа, включающего подачу с холодного конца вращающейся печи сырьевой смеси с коэффициентом насыщения 0,92-2,10 и второго потока с температурой плавления 1100-1250^oС, в предлагаемом способе второй поток вводят в зону вращающейся печи с температурой 1250-1450^oС, причем второй поток сырьевой смеси вводят в количестве 3-15% от массы декарбонизированного материала первого потока.The required technical result is achieved in that, in contrast to the known method, comprising supplying a raw mixture from the cold end of a rotary kiln with a saturation coefficient of 0.92-2.10 and a second stream with a melting point of 1100-1250 ^o C, in the proposed method, the second stream is introduced in the zone of a rotary kiln with a temperature of 1250-1450 ^o With, and the second stream of the raw material mixture is introduced in an amount of 3-15% by weight of decarbonized material of the first stream.

Заявляемый температурный интервал подачи второго потока сырьевой смеси коренным образом изменяет ход процессов клинкерообразования. The inventive temperature range of the second flow of the raw material mixture radically changes the course of clinker formation.

Образование трехкальциевого силиката протекает через жидкую фазу традиционного состава, образующегося при нагревании материала до известных температур. Растворение в этом расплаве оксида кальция CaO и промежуточных фаз портландцементного клинкера (низкоосновных силикатов кальция) носит динамический характер, так как сопровождается постоянной кристаллизацией расплава вследствие изменения его состава в результате указанного выше взаимодействия и образованием расплава нового состава при повышении температуры обжига. Количество постоянно существующего в зоне спекания расплава составляет не более 25 - 28%, что тормозит процессы клинкерообразования и требует постоянного поддержания высокой температуры обжига вплоть до полного завершения процессов образования трехкальциевого силиката. The formation of tricalcium silicate flows through the liquid phase of a traditional composition, which is formed by heating the material to known temperatures. The dissolution of calcium oxide CaO and intermediate phases of Portland cement clinker (low-basic calcium silicates) in this melt is dynamic, as it is accompanied by constant crystallization of the melt due to a change in its composition as a result of the above interaction and the formation of a new composition melt with increasing firing temperature. The amount of melt constantly existing in the sintering zone is no more than 25 - 28%, which inhibits clinker formation and requires constant maintenance of a high firing temperature until the formation of tricalcium silicate is completely completed.

При поступлении второго легкоплавкого потока в зону с температурой более 1250^oС взаимодействие образующегося из этой части сырьевой смеси расплава с оксидом кальция и другими свободными оксидами, изменяя состав образующейся фазы, не приводит в то же время к ее кристаллизации. Таким образом, в отличие от известного способа получения портландцементного клинкера (прототип) связывание избыточного количества СаО в трехкальциевый силикат протекает одновременно в двух системах - расплаве из сырьевой смеси традиционного состава и расплаве из легкоплавкой части сырьевой смеси. При этом количество второй части расплава постоянно увеличивается за счет растворения в ней оксида кальция и повышения температуры. Это интенсифицирует процесс растворения СаО в общем силикатном расплаве и, как следствие, весь процесс формирования трехкальциевого силиката. Таким образом, реализация предлагаемого изобретения позволяет снизить температуру обжига портландцементного клинкера и расход тепла на обжиг. В свою очередь это обеспечивает снижение выбросов NO_х, уменьшение потерь тепла в окружающую среду от корпуса печи и повышение стойкости футеровки.Upon receipt of the second low-melting stream in the zone with a temperature of more than 1250 ^o With the interaction of the melt formed from this part of the raw material mixture with calcium oxide and other free oxides, changing the composition of the formed phase, at the same time does not lead to its crystallization. Thus, in contrast to the known method for producing Portland cement clinker (prototype), the binding of an excess amount of CaO to tricalcium silicate proceeds simultaneously in two systems - a melt from a traditional mixture of raw materials and a melt from a low-melting part of the raw mixture. The amount of the second part of the melt is constantly increasing due to the dissolution of calcium oxide in it and an increase in temperature. This intensifies the process of dissolution of CaO in the total silicate melt and, as a result, the entire process of the formation of tricalcium silicate. Thus, the implementation of the invention allows to reduce the firing temperature of Portland cement clinker and heat consumption for firing. In turn, this provides a reduction in NO _x emissions, a decrease in heat loss to the environment from the furnace body and an increase in the lining resistance.

Количество подаваемого в печной агрегат второго потока легкоплавкой сырьевой смеси рассчитывается, исходя из значений коэффициентов насыщения первого и второго потоков и заданного значения коэффициента насыщения портландцементного клинкера. Масса второго потока, не достигающая нижнего заявляемого предела, не оказывает существенного влияния на процессы клинкерообразования. The amount of the second stream of fusible raw material mixture supplied to the furnace unit is calculated based on the values of the saturation coefficients of the first and second flows and the specified value of the saturation coefficient of Portland cement clinker. The mass of the second stream, not reaching the lower claimed limit, does not have a significant effect on the processes of clinker formation.

Заявляемый верхний предел количества ввода второго потока сырьевой смеси обусловлен стремлением поддерживать необходимое поверхностное натяжение силикатного расплава, выше которого может стать неконтролируемым процесс формирования клинкерных гранул. The claimed upper limit of the amount of input of the second stream of the raw material mixture is due to the desire to maintain the necessary surface tension of the silicate melt, above which the formation of clinker granules can become uncontrolled.

Верхний предел температурного диапазона ввода легкоплавкого потока сырьевой смеси соответствует максимальной температуре обжига клинкера и обеспечивает технический эффект при вводе легкоплавкого потока в любой отрезок зоны спекания вращающейся печи. Нижний предел температурного интервала соответствует верхнему уровню температуры плавления легкоплавкой части сырьевой смеси, что гарантирует мгновенное образование расплава при вводе материала в печь. The upper limit of the temperature range for introducing a fusible stream of the raw material mixture corresponds to the maximum clinker firing temperature and provides a technical effect when introducing a fusible stream into any segment of the sintering zone of a rotary kiln. The lower limit of the temperature range corresponds to the upper level of the melting temperature of the fusible part of the raw material mixture, which ensures instant formation of the melt when the material is introduced into the furnace.

Пример осуществления. An example implementation.

В полупромышленных условиях из известняка, глины и пиритных огарков были приготовлены 2 сырьевые смеси - с коэффициентом насыщения 0,92 и 1,05. Смеси гранулировались на грануляторе ⌀50 см. Размер гранул составлял 4-8 мм. После высушивания гранулы с КН=0,90 обжигались во вращающейся печи ⌀0,4х0,5х7,0 м. Этот режим был использован для количественной оценки традиционного способа получения портландцементного клинкера. Under semi-industrial conditions, 2 raw mixes were prepared from limestone, clay and pyrite cinder - with a saturation coefficient of 0.92 and 1.05. The mixtures were granulated on a ⌀50 cm granulator. The granule size was 4-8 mm. After drying, granules with KN = 0.90 were fired in a rotary kiln ⌀0.4x0.5x7.0 m. This mode was used to quantify the traditional method of obtaining Portland cement clinker.

Часть гранул смеси с КН=1,05 предназначалась для моделирования обжига клинкера по прототипу. Для этого дополнительно приготовлена смесь с КН=0,35, составленная из доменного гранулированного шлака и золы от сжигания угля в соотношении 2 : 1. Гранулы подавались в холодный конец печи, а легкоплавкая смесь в количестве 7% в пересчете на прокаленное вещество подавалась в зону декарбонизации при температуре 800^oС. Питание вторым потоком производилось через лючок для отбора проб обжигаемого материала. Для предотвращения выпадения материала из печи на отверстие лючка была установлена термостойкая сетка. В процессе обжига отобраны пробы спеков, обожженных до 1250^oС. Цель отбора - зафиксировать наличие в образцах стекловидную фазу, свидетельствующую о процессах жидкофазного спекания. Петрографический анализ указал на практически полное отсутствие жидкой фазы, что подтверждает нестабильное существование жидкой фазы из легкоплавкой составляющей при указанных температурах обжига.Part of the granules of the mixture with KN = 1.05 was intended to simulate clinker firing according to the prototype. To do this, an additional mixture was prepared with KN = 0.35, composed of blast furnace granulated slag and ash from coal combustion in a ratio of 2: 1. Granules were fed to the cold end of the furnace, and a low-melting mixture in an amount of 7% in terms of calcined substance was fed into the zone decarbonization at a temperature of 800 ^o C. Power was supplied to the second stream through the hatch for sampling calcined material. To prevent material from falling out of the furnace, a heat-resistant mesh was installed on the hatch opening. In the process of firing, samples of cakes, annealed to 1250 ^o C., were taken ^. The purpose of the selection is to fix the presence of a vitreous phase in the samples, indicating the processes of liquid-phase sintering. Petrographic analysis indicated an almost complete absence of the liquid phase, which confirms the unstable existence of the liquid phase from the low-melting component at the indicated firing temperatures.

Вторая часть гранул с КН=1,05 обжигалась по заявляемому способу. При этом гранулы подавались с холодного конца печи, а легкоплавкая шахта вводилась в зону обжига при температуре 1250^oС одним из известных устройств, в данном случае двухканальной форсункой. Процесс обжига клинкера продолжался до температуры 1450^oС.The second part of the granules with KN = 1.05 was fired according to the claimed method. In this case, the granules were fed from the cold end of the furnace, and the fusible shaft was introduced into the firing zone at a temperature of 1250 ^o With one of the known devices, in this case a two-channel nozzle. The clinker firing process continued to a temperature of 1450 ^o C.

Отбор проб осуществлялся, начиная с 1100^oС через отборные лючки. Результаты эксперимента по определению массовой доли CaO свободного приведены в таблице.Sampling was carried out starting from 1100 ^o C through the selected hatches. The results of the experiment to determine the mass fraction of CaO free are given in the table.

Как видно, введение в состав обжигаемого материала легкоплавкой составляющей способствует интенсификации процесса связывания оксида кальция в клинкерные минералы. Более низкий уровень содержания СаО своб. при температуре 1100^oС в смеси, обжигаемой по традиционному способу, объясняется более высоким коэффициентом насыщения смесей, рассчитанных на последующий ввод легкоплавкого компонента. Появление расплава с низкой температурой плавления (прототип) приводит к ускорению процесса, однако температурный интервал эффективного действия второго потока относительно невелик - до 1250^oС. Введение же второго потока в зону с более высокой температурой, где жидкая фаза остается стабильной, обеспечивает интенсификацию процесса связывания СаО во всем интервале температур обжига и практически полное завершение реакций клинкерообразования при более низких (на 50 - 70^oС) температурах.As can be seen, the introduction of a low-melting component into the composition of the calcined material contributes to the intensification of the process of binding calcium oxide to clinker minerals. Lower CaO content at a temperature of 1100 ^o C in the mixture fired by the traditional method, due to the higher saturation coefficient of the mixtures, designed for the subsequent introduction of the low-melting component. The appearance of a melt with a low melting point (prototype) leads to an acceleration of the process, however, the temperature range of the effective action of the second stream is relatively small - up to 1250 ^o C. The introduction of the second stream into the zone with a higher temperature, where the liquid phase remains stable, provides an intensification of the binding process CaO in the entire range of firing temperatures and the almost complete completion of clinker formation reactions at lower (at 50 - 70 ^o C) temperatures.

Claims

1. A method of obtaining a Portland cement clinker, comprising supplying from the cold end of a rotary kiln a first feed stream with a saturation coefficient of 0.92 - 2.10, and from the hot end of the second stream - a feed mixture with a melting point of 1100 - 1250 ^o C, characterized in that the second stream is introduced into the zone of a rotary kiln with a temperature of 1250 - 1450 ^o C.

2. The method according to p. 1, characterized in that the second stream of the raw material mixture is introduced in an amount of 3-15% by weight of the decarbonized material of the first stream.